Internet không dây dựa trên kỹ thuật dịch vụ phân phối đa điểm theo vùng LMDS


LDMS hiện đang là công nghệ hết sức mới trong lĩnh vực thông tin không dây băng tần không đổi. Cấu trúc dạng cell, tốc độ truyền số liệu cao, và đặc biệt là tính linh hoạt của nó, công nghệ này hoàn toàn đáp ứng được các yêu đối với truyền dẫn đa dịch vụ, truyền hình số và các dịch vụ tương tác.

Hiện nay có rất nhiều các nghiên cứu về kiểu truyền tín hiệu đa dịch vụ băng rộng. Gần đây, xuất hiện một số các đề xuất về việc thực hiện UDP/TCP/IP và các dịch vụ số liệu khác dựa trên cơ sở nền tảng LMDS. Trong bài báo này sẽ xem xét việc thực hiện chuẩn giao thức truyền số liệu TCP/IP trên nền LMDS hai lớp. Lưu ý là có một số bài báo chỉ nhấn mạnh và giới hạn khả năng của công nghệ LMDS đối với truyền tín hiệu đa dịch vụ và ATM. Điều này là không đúng bởi hiện nay ứng dụng thu hút được nhiều sự quan tâm đối với công nghệ LMDS đó là việc truyền các dịch vụ số liệu, Internet và tín hiệu Multimedia. Bài báo này sẽ giới thiệu một cấu trúc điển hình của công nghệ LMDS-IP hai lớp đã được triển khai thử nghiệmt vả tặn1996 đến nay.

1. Giới thiệu

Dịch vụ phân phối đa điểm theo vùng LMDS (Local Multipoint Distribution Service) là một giải pháp cho mạng truy nhập không dây băng rộng BWA (Broadband Wireless Access). Đây là một kỹ thuật truy nhập theo kiểu tế bào (cell) dùng cho các ứng dụng truyền số liệu tốc độ cao. Trong nhiều trường hợp, khi áp dụng phương pháp truy nhập này đã giải quyết được bài toán về cả mặt kỹ thuật cũng như kinh tế [1]. Băng tần sử dụng ở đây là mili mét, điển hình là các băng tần 28, 38 và 40GHz. Tuy nhiên, trên thực tế các băng tần khác cũng có thể được sử dụng. Vì thế tốc độ truyền số liệu hữu ích của người sử dụng có thể lên đến 38Mb/s. Ngoài ra, với việc sử dụng băng thông rộng, công nghệ này còn cho phép truyền các loại tín hiệu của nhiều dịch vụ khác nhau như truyền hình số, Internet và số liệu tốc độ cao, truyền hình tương tác, nghe nhạc và loại hình đa dịch vụ Multimedia. Công nghệ LMDS hoàn toàn có thể thay thế cho các giải pháp dùng cáp hữu tuyến như đường dây thuê bao số (xDSL) cho hộ gia đình và các doanh nghiệp nhỏ. Đây là mô hình đạt được hiệu quả rất cao về kinh tế, đặc biệt trong trường hợp cần yêu cầu triển khai nhanh ở những vùng trong thành phố hay các vùng dân cư thưa.

LMDS có hai mô hình chính là: mô hình một lớp và mô hình hai lớp. Nhược điểm của mô hình một lớp trước đây đó là việc sử dụng tần số truyền dẫn ở dải mili mét trong tầm nhìn thẳng LOS (Line Of Sight), nên mô hình này chỉ phù hợp đối với các toà nhà cao tầng hay các vùng ngoại ô. Trong những môi trường truyền dẫn khắc nghiệt thì yêu cầu phải có thêm các bộ lặp và các gương phản xạ tín hiệu. Trong khi đó, mô hình của cấu trúc hai lớp tỏ ra linh hoạt hơn, trong khi đó vẫn đảm bảo được các yêu cầu về lưu lượng và dung lượng đối với các dịch vụ Internet. Hai cấu trúc này đã được kiểm tra và so sánh trong bài báo [2]. Hiện nay, hệ thống LMDS một lớp đã được thực hiện ở dải băng tần 28GHz tại Bắc Mỹ và 40GHz tại Châu Âu. Phần lớn trên thế giới đã thừa nhận hai dải tần số này và coi như là chuẩn cho các ứng dụng trong công nghệ LMDS. Tuy nhiên, xu thế hiện nay đang tập trung vào nghiên cứu và triển khai hệ thống LMDS hai lớp. Trong khuôn khổ bài báo này cũng sẽ chỉ đề cập đến các vấn đề trong công nghệ LMDS hai lớp.

2. Cấu trúc hệ thống

Cấu trúc điển hình của LMDS hai lớp được biểu diễn trên hình 1 (Tham khảo tại Tạp chí Bưu chính Viễn thông kỳ II – Infoworld tháng 1/2005). Các Macrocell làm việc tại băng tần 28/40GHz, với bán kính cell thay đổi trong khoảng từ 1-5Km. Các Macrocell này sẽ tạo nên mạng lõi của hệ thống MLDS, và được biết đến như là thành phần MLDS truyền thống trước đây. Các Macrocell lại được chia nhỏ ra thành các Microcell, làm việc ở băng tần thấp hơn, thường là 5 hoặc 17GHz. Ta nên lưu ý rằng, về nguyên tắc, các tần số khác (khi đã đăng ký) hoàn toàn có thể sử dụng được trong các Macrocell và Microcell. Trên thực tế, băng tần 3,5GHz đã được sử dụng ở một số thương phẩm. Bán kính của Microcell có thể dao động trong khoảng từ 50-500m. Có rất nhiều ưu điểm khi phân chia người sử dụng ra theo các Microcell. Ví dụ như, với tần số thấp thì sẽ không cần quan tâm đến vấn đề truyền sóng trong tầm nhìn thẳng LOS. Thêm nữa, giá thành thiết bị của người sử dụng cũng sẽ giảm nếu làm việc ở dải tần số thấp, và đặc biệt là không cần phải sử dụng các anten đĩa siêu cao tần để thu nhận tín hiệu.

Băng tần làm việc của hệ thống được cố định đối với Macrocell là từ 40,5-42,5GHz và đối với Microcell là từ 5,725GHz-5,875GHz[12]. Các trạm phát gốc ở các Macrocell sử dụng các anten phát đã được Sector hoá với góc phân hướng là 900, kết hợp với phương pháp đa truy nhập phân kênh theo thời gian và tần số (FDMA/TDMA). Còn đối với các Microcell sử dụng kiểu truyền dẫn TDMA trên cơ sở đa truy nhập phân chia theo mã (DS-CDMA), tương tự như trong mạng cục bộ không dây (WLAN).

Trên thực tế, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng công nghệ CDMA hoàn toàn không hiệu quả về dung lượng cũng như tính kinh tế nếu sử dụng trong Macrocell (vì nếu sử dụng thì yêu cầu về băng thông trải phổ rất rộng, đồng thời những tính năng ưu việt của DS-CDMA sẽ bị giới hạn bởi thông tin tầm nhìn thẳng ở tần số làm việc 40GHz). Có hai phương pháp chính để người sử dụng có thể thực hiện việc truy nhập mạng: truy nhập vô tuyến trực tiếp tới các Macrocell ở băng tần 40GHz, hoặc là thông qua các Microcell ở dải tần thấp hơn.

3. Tuyến truyền hướng xuống

Với một tuyến truyền xuống xác định, theo cách phân chia của CEPT thì sẽ có 50 kênh với độ rộng băng tần của mỗi kênh là 39MHz. Việc chọn lựa này dựa trên cơ sở sóng mang đơn tại tần số 40GHz của hệ thống truyền hình số quảng bá qua vệ tinh (DVB-S)[2,3]. Khi đó, người sử dụng nếu không nằm trong khu vực phủ sóng của Microcell có thể dùng các bộ thu vệ tinh giá rẻ để kết nối vào mạng LMDS ở tần số 40GHz. Ngoài ra, nếu chọn lựa theo chuẩn DVB, đồng nghĩa với việc chọn lựa kiểu điều chế QPSK hoặc là OFDM, khi đó thuận lợi là có thể sử dụng toàn bộ các công nghệ đã có sẵn, đặc biệt là các chip đã được thiết kế cho truyền hình số. Trong thực tế, mỗi một kênh 39MHz có thể cho phép truyền với tốc độ bit 38Mb/s. Tuy nhiên, phần lớn người sử dụng không dùng đến tốc độ truyền số liệu cao như vậy, vì thế dòng số liệu của nhiều người sử dụng khác nhau sẽ được ghép lại trên một kênh truyền. Thông thường, mỗi kênh sẽ ghép khoảng từ 1-20 người sử dụng, với tốc độ dòng số liệu theo hướng xuống thay đổi từ 1,9 đến 38Mb/s. Kết hợp với việc sector hoá hệ thống anten theo góc 900, khi đó tốc độ bit tổng trong mỗi Macrocell có thể lên đến 7,6Gb/s. Vì thế, đôi khi còn gọi LMDS là hệ thống truy nhập vô tuyến Gigabit. Để đơn giản, hệ thống đề cập ở đây sử dụng kiểu điều chế QPSK, tuy nhiên trong các thí nghiệm và mô phỏng các kiểu điều chế QPSK hoặc là 16-QAM kết hợp với OFDM có thể được sử dụng để nâng cao dung lượng dòng bit. Bằng cách này, cho phép tăng tốc độ truyền dẫn lên mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hay bán kính của cell.

Do sự khắc nghiệt về môi trường trong truyền dẫn vô tuyến, nên việc chia thành các Microcell đồng thời kết hợp với các bộ điều chế OFDM băng thông 8MHz ở các trạm phát gốc là hết sức cần thiết, đặc biệt là đối với các ứng dụng di động. Tín hiệu OFDM được truyền ở tần số 28/40GHz đến các bộ lặp vùng LR (Local Repeater). Tại đây, tín hiệu được chuyển đổi sang dải tần 5,8GHz và được truyền đi bằng các đường vô tuyến DS-CDMA. Như vậy, đối với tuyến truyền xuống, bộ lặp vùng làm việc như một Transponder của dòng bit thông tin. Việc sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM, thậm chí không cần dùng kỹ thuật DS-CDMA là hết sức hợp lý bởi tính đơn giản (dễ cân bằng), độ ổn định và khả năng cung cấp dung lượng lớn.

4.Tuyến truyền hướng lên

Các hệ thống truyền số liệu trên nền LMDS thường mang tính chất bất đối xứng, mặc dù hoàn toàn có thể thiết lập được các hệ thống đối xứng. Tuyến truyền hướng lên kết hợp với tuyến truyền hướng xuống tạo ra một mạng truyền số liệu dựa trên cơ sở công nghệ LMDS. Trong hệ thống thử nghiệm sử dụng tần số 100MHz cho tuyến truyền lên[12]. Tuy nhiên, tần số này có thể được tăng lên và việc điều chỉnh này có thể là động. Đây là một vấn đề hết sức quan trọng trong thiết kế mạng. Các Microcell sử dụng phương pháp truy nhập vô tuyến theo mã CDMA, còn các Macrocell sử dụng kiểu điều chế QPSK vi sai kết hợp với mã xoắn tỷ lệ 3/4. Tổng dung lượng tuyến truyền lên của hệ thống thử nghiệm là 6,14Mb/s. Hệ thống TDMA của tuyến truyền lên có tính chất động, nghĩa là người sử dụng có thể yêu cầu hơn một khe thời gian. Các phân tích từ kết quả thống kê cho thấy thông thường người sử dụng chỉ làm việc với tốc độ số liệu đầu vào là từ 64-512kb/s. Thực tế, tốc độ này đối với người sử dụng hộ gia đình là đủ. Tuy nhiên, đối với các người sử dụng cho dịch vụ thương mại thì các tham số của mô hình hệ thống thử nghiệm cần phải được thiết lập lại.

5. Lớp giao thức

Phần lớn các hệ thống LMDS được bán trên thị trường cung cấp các dịch vụ IPv4 cho người sử dụng bằng công nghệ IP trên nền ATM. Việc sử dụng mạng cơ sở ATM cho phép thực hiện việc kết nối thuận tiện giữa các hệ thống vô tuyến và mạng lõi ATM. Tuy nhiên, việc sử dụng mạng cơ sở ATM làm nảy sinh ra rất nhiều vấn đề về giao thức khi thông tin được truyền trên các gói IP. Để thực hiện việc truyền dẫn tối ưu trên cơ sở kết nối IP, các gói IP có thể được truyền trực tiếp, bỏ qua lớp ATM. Thêm nữa, các giao thức thực hiện quá trình điều khiển liên kết số liệu vô tuyến (DLC-Data Link Control) và điều khiển truy nhập dịch vụ (MAC-Medium Access Control) sẽ được tối ưu hoá theo chuẩn IPv4/IPv6 (độ dài gói, đặc tính lưu lượng…). Ngoài ra, mạng lõi IPv6 sẽ đảm bảo việc thực hiện liên kết mạng. Thêm nữa, ta có thể thực hiện việc vận hành liên kết ở mức tế bào ATM bởi trạm phát gốc có khả năng thực hiện các kết nối ATM. Có thể hiểu đây là quá trình truyền dẫn giữa các đầu cuối ATM, tuy nhiên bị gián đoạn tại trạm gốc.

6. Thiết bị đầu cuối

Hai thiết bị chính đó là trạm phát gốc và thiết bị đầu cuối của người sử dụng. Sơ đồ khối cấu trúc của mạng được biểu diễn như trên hình 2 (Tham khảo tại Tạp chí Bưu chính Viễn thông kỳ II – Infoworld tháng 1/2005). Trạm phát gốc gồm một kết cuối mạng cố định (là một máy tính) nhằm thực hiện việc kết nối với các mạng dùng công nghệ khác nhau như IP, ATM hay chuyển tiếp khung (Fram Relay). Ngoài ra, trạm phát gốc còn bao gồm cả phân hệ xử lý băng tần cơ sở và một phân hệ RF với cấu hình có thể thay đổi (tần số được thay đổi bởi các Card mở rộng RF). Người sử dụng có thể truy nhập theo hai cách khác nhau. Về nguyên tắc, nếu chúng ta sử dụng duy nhất một kết nối trực tiếp với Macrocell thì ta cần phải có một bộ thu phát làm việc ở dải tần 40GHz có tích hợp anten kích thước nhỏ (kích thước đĩa anten khoảng 10cm) và một bộ thu phát truyền hình số vệ tinh theo chuẩn DVB-S. Trong khi đó, người sử dụng trong vùng của Microcell thì chỉ cần một bộ thu phát DS-CDMA làm việc ở dải tần 5/17GHz. Trong thực tế, giả sử nếu có một khu tập thể có cáp dẫn đến từng phòng thì ta có thể sử dụng một khối thu trung tâm làm việc ở dải tần 40GHz. Các đường kết nối đến các phòng được thực hiện thông qua các hệ thống cáp có sẵn. Tuy nhiên, ta có thể sử dụng đầu thu vệ tinh DVB-S đã điều chỉnh để làm việc như một điểm truy. Vì vậy, hộ gia đình có thể sử dụng công nghệ IP trên cơ sở LMDS, truyền hình trên cơ sở LMDS, điểm truy nhập mạng gia đình và đầu thu vệ tinh chỉ với một thiết bị duy nhất.

Một đầu thu vệ tinh có khả năng lập trình có thể đóng vai trò của một điểm truy nhập. Tuyến truyền hướng xuống đến người sử dụng tương thích với chuẩn DVB-S/T về cả mặt giao diện vật lý lẫn cấu trúc khung. Thực nghiệm đã thực hiện việc ghép các khung có độ dài là 188byte thành các dòng truyền tải tại trạm thu phát gốc. Nếu ta muốn truyền dòng tín hiệu Video nén theo chuẩn MPEG-2 thì ta phải gắn giá trị ID lưu lượng tương ứng vào phần tiêu đề. Tại thiết bị đầu cuối của người sử dụng, dòng truyền tải MPEG2-TS sẽ được xử lý ở giao diện mạng, thông thường giao diện này được thiết kế ở ngay trong đầu thu. Giá trị ID ở phần tiêu đề sẽ được đọc và tính toán để thực hiện việc điều khiển chuyển mạch gói.

Nếu giá trị ID biểu thị lưu lượng IP, gói thông tin sẽ được chuyển đến ngăn xếp IP. Thông thường gói IP sẽ được chuyển từ bộ thu set-top-box đến một cổng đầu ra (ví dụ như cổng Ethernet), cổng này được nối với mạng nội bộ gia đình hay nối với máy tính.

Nếu giá trị ID biểu thị lưu lượng Video MPEG2, gói này sẽ được chuyển thẳng đến bộ giải mã MPEG-2 và sau đó đưa đến mạch đầu vào của TV.

Ta có thể ghép nhiều kết nối trong một dòng truyền tải MPEG2-TS đơn, nói cách khác, một người sử dụng có thể cùng một lúc vừa nhận tín hiệu Video MPEG2 đồng thời thực hiện việc kết nối Internet. Vấn đề này đã được kiểm nghiệm trong quá trình thử nghiệm. Đây thực sự là một tính năng nổi bật bởi xác suất dùng đồng thời cả dịch vụ TV và truy cập Internet của người sử dụng là rất lớn.

7. TCP trên cơ sở LMDS

Có rất nhiều các nghiên cứu và tìm hiểu về vấn đề thực hiện TCP trên các kênh vô tuyến có độ tin cậy cao[5-9]. Hiện nay việc thực hiện TCP vô tuyến được triển khai trực tiếp ngay ở các hệ thống di động kiểu tế bào cellular. Ta cần lưu ý một số khác biệt giữa TCP vô tuyến và TCP trên cơ sở LMDS. Không giống như các hệ thống vô tuyến cellular khác, trong LMDS sẽ không có chuyển giao. Điều này sẽ hoàn toàn loại bỏ vấn đề trễ chuyển giao xảy ra ở TCP. Di động IP và DHCP là hai giải pháp rất tốt cho LMDS. LMDS hai lớp đã mở ra một tiềm năng cung cấp các dịch vụ mới đối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).

Một vấn đề đã được biết rất rõ là các hệ thống vô tuyến thường có tỷ lệ lỗi cao và độ trễ lớn so với các hệ thống hữu tuyến. Tuy nhiên, trong trường hợp của LMDS ta có thể dùng các mã đường truyền, vì vậy sẽ tạo ra được một khoảng băng tần dự phòng nhằm hạn chế vấn đề trên. Ví dụ như đối với tuyến truyền hướng xuống, ta sử dụng kỹ thuật ghép xen, mã xoắn và mã Reed-Solomon RS(204,188). Trong thực tế, ta có thể giảm tỷ lệ lỗi bit của tuyến truyền (BER) xuống nhỏ hơn 10-7 trong điều kiện truyền bình thường. Với tỷ lệ lỗi bit như trên thì chất lượng hệ thống là hoàn toàn đạt yêu cầu. Phương pháp này ta dùng cơ chế yêu cầu truyền lại tự động ARQ và cơ chế TCP. Vì vậy, việc thiết kế thực hiện kết nối TCP trên cơ sở LMDS gần tương tự như các vấn đề gặp phải trong mạng cục bộ không dây (WLAN), cùng với một số vấn đề của mạng tế bào cellular.

Trong thực tế, giao thức Snoop Berkeley[10] có thể được thực hiện một cách dễ dàng ở trạm thu phát gốc của LMDS, bởi trạm thu phát gốc có công suất khá lớn và thường dùng các tuyến truyền có tính ổn định cao để kết nối đến các nhà cung cấp dịch vụ. Thêm nữa, trạm thu phát gốc còn có một khối lượng bộ nhớ đệm rất lớn dành cho giao thức Snoop.

TCP chuẩn được sử dụng hiện tại hết sức nhạy cảm với sự mất gói và các trễ không gây tắc nghẽn. Với tỷ lệ mất gói IP là 2%, TCP truyền qua bị rớt khoảng từ 20-50%, điều này đồng nghĩa với việc gần như không sử dụng được TCP[5]. Kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng khả năng truyền qua TCP như là một hàm của tỷ lệ mất gói đối với tuyến truyền hướng lên LMDS ở kênh không lỗi với tốc độ truyền dẫn của người sử dụng là 650kb/s (tốc độ bit của kênh là 1Mb/s)[2]. Việc sửa sai trước (FEC) ở lớp vật lý là vấn đề không nhìn thấy nhưng đóng vai trò hết sức quan trọng trong TCP/IP. Các kết quả thực nghiệm cho thấy nếu băng thông đủ lớn, thì ta nên cố gắng che giấu lỗi ở lớp vật lý hơn là sử dụng phương pháp ARQ giống như Snoop.

Trong phần lớn các trường hợp nếu hệ thống làm việc ở dải tần 40GHz kết hợp với việc sử dụng các mã FEC, ARQ và điều khiển lỗi trong TCP thì giá trị của QoS trên toàn hệ thống là rất tốt. Các ứng dụng Internet thông thường sẽ không thấy được sự khác biệt giữa LMDS truyền vô tuyến và hữu tuyến (đối với một tuyến truyền cố định ở xa). Tuy nhiên, trong một số điều kiện về thời tiết, đặc biệt là khi có mưa hay có tuyết sẽ làm suy giảm đáng kể khả năng truyền dẫn. Để khắc phục đối với hiện tượng này, cần sử dụng việc điều khiển qua kênh vô tuyến. Khối điều khiển lỗi lớp vật lý, đặc biệt là bộ mã hoá Reed-Solomon sẽ được thiết kế làm việc ở chế độ động, cho phép thay đổi mã một cách linh hoạt nhằm đạt được giá trị lỗi BER định trước. Khoảng động thời gian của thuật toán là không lớn. ở đây ta không quan tâm nhiều đến việc thực hiện điều chỉnh đối với sự thay đổi pha đinh nhanh.

Trong đường truyền vô tuyến ta đã không sử dụng các cơ chế giám sát QoS Internet như là giao thức phục vụ tài nguyên (RSVP)/dịch vụ phân biệt (DiffServ). Tuy nhiên, cấu trúc của LMDS thử nghiệm vẫn có thể đảm bảo QoS đối với các dòng thoại và video bằng cách đặt các dòng và các khe thời gian dành riêng ở chế độ kết nối thời gian thực. Trong thiết bị đầu cuối, phần tiêu đề của gói (gói LLC, không phải tiêu đề của IP) sẽ chỉ thị cho người sử dụng biết được là dòng truyền tải là dành cho các mạch xử lý thời gian thực hay ngăn xếp TCP/IP. Đây là một cơ chế giám sát QoS hết sức đơn giản, tuy nhiên, chất lượng không cao.

8.Sự phân mảnh TCP và kích thước khung

Một vấn đề nữa cũng cần hết sức quan tâm trong việc thực hiện TCP vô tuyến trên cơ sở LMDS là sự phân mảnh của gói. Kích thước các gói trong IPv4 và IPv6 là quá dài đối với thông tin vô tuyến, ngay cả đối với tuyến truyền dẫn băng rộng cố định.

Trước đây, chuẩn DAVIC nghiêng theo hướng sử dụng các tế bào ATM. Thực ra, lý do chính là có quá nhiều sự quan tâm đến công nghệ ATM và một số lượng lớn các nghiên cứu dành cho lĩnh vực ATM không dây (WATM). Tuy nhiên, kích thước tế bào ATM là chưa tối ưu đối với LMDS, thậm chí ngay cả đối với tuyến truyền lên tốc độ chậm. Mặc dù ta đã có cơ chế đặt trước cho ATM, tuy nhiên kích thước tế bào ATM cần được thay đổi cho phù hợp với các hệ thống vô tuyến làm việc trong điều kiện môi trường truyền dẫn xấu. Trong trường hợp LMDS, thành phần tiêu đề và trễ truyền dẫn quá lớn khi tính đến giá thành.

Trong thực tế, nếu ta không quan tâm nhiều đến việc tối ưu hoá gói truyền qua trong điều kiện bình thường ở các tuyến truyền trên LMDS thì ta có thể sử dụng các khung dài hơn nữa. Chọn khung có chiều dài 204/188byte vì kích thước này bằng với kích thước của khung MPEG2-TS. Khi đó hệ thống là hoàn toàn tương thích với các chuẩn đa dịch vụ (Multimedia). Đây thực sự là vấn đề rất cần được quan tấm nếu muốn giảm giá thành sản phẩm. Thêm nữa, như đã đề cập ở phần trên, điều kiện truyền sóng nhiều khi là thay đổi rất lớn, vì vậy tốt hơn hết là ta duy trì ở trạng thái tối ưu.

Cuối cùng, việc chọn lựa chiều dài khung MPEG2-TS làm đơn vị truyền tải cơ sở hết sức hữu ích cho việc tối ưu hoá tuyến truyền xuống. Như đã nói ở trên, ta có thể gửi cả dịch vụ gói IP cũng như tín hiệu Video MPEG-2 trên cùng một hệ thống truyền dẫn. Khoảng tối ưu đối với tín hiệu truyền qua là từ 2-5 gói truyền tải MPEG-2 trên một khe thời gian. Trong hệ thống thử nghiệm của CABSINET, đây là tham số có thể cấu hình lại được tuỳ thuộc vào người vận hành. Tất nhiên là ngưỡng ACK đối với TCP/IP cần phải lựa chọn phù hợp. Vấn đề này có thể được thực hiện một cách linh hoạt, và các trạm thu phát gốc thậm chí có thể điều khiển được cả thiết bị ở phía người sử dụng thông qua kênh báo hiệu.

Tổng độ trễ tổng TCP bao gồm quá trình xử lý, trễ truyền dẫn hướng lên… Vì vậy, nó sẽ không tỉ lệ một cách tuyến tính với độ trễ của tuyến truyền hướng lên. Độ trễ hướng truyền lên cao hơn sẽ gây ra các vấn đề về định thời, bộ nhớ đệm…Từ các kết quả thực nghiệm và chương trình mô phỏng ta có thể thấy rằng, LMDS có thể đảm nhiệm vai trò một Gateway TCP/IP đối với người sử dụng. Sự thay đổi nhằm đảm bảo độ tin cậy được thực hiện ở lớp vật lý và các lớp truyền dẫn bằng các modul thích ứng. Trong thực tế, đây là một yêu cầu rất quan trọng trong quá trình thiết kế bởi bất cứ một sự thay đổi nhỏ nào trong đường truyền từ đầu cuối đến đầu cuối ở TCP/IP cũng dẫn đến ảnh hưởng đặc tính chung của cả hệ thống.

Vấn đề cuối cùng ta cần quan tâm ở đây là độ trượt và độ tin cậy trong hệ thống thử nghiệm thực tế. Các phép đo đối với hệ thống và mạng thử nghiệm đã chỉ ra rằng, mặc dù không thực hiện việc điều khiển lỗi độ tin cậy của đường truyền là vẫn đảm bảo. Trong thực tế, tuyến truyền dẫn gần như hoàn toàn xác định và độ trượt là rất thấp. Điều này chứng tỏ sự đúng đắn trong việc sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM trong cả Macrcell lẫn Microcell. Tuy nhiên, trong một số đường truyền thấy xuất hiện các đỉnh trễ lớn (500ms so với độ trễ thông thường 100ms), điều này có thể giải thích là do các gói bị mất và thời gian yêu cầu để khôi phục lại gói.

9. Ứng dụng

Một vài năm trước đây người ta nghĩ rằng dịch vụ truyền hình theo yêu cầu (VoD) sẽ “giết chết” LMDS. Ngược lại, hiện nay truy nhập Internet vô tuyến tốc độ cao và truyền hình tương tác kỹ thuật số gần như thay thế hoàn toàn VoD. Truyền hình quảng bá băng rộng dùng kỹ thuật số và thoại trên cơ sở LMDS được xem là một lĩnh vực đột phá đầy tiềm năng. Các dịch vụ giá trị gia tăng của cấu trúc LMDS được triển khai hết sức dễ dàng mặc dù sử dụng cùng một cơ sở hạ tầng.

LMDS có tính linh hoạt cao và có khả năng đáp ứng số lượng yêu cầu lớn. Các yêu cầu về dịch vụ và dung lượng có thể được triển khai dễ dàng bằng cách thay đổi kích thước cell và cấu trúc hệ thống anten khác. Điều này đã làm cho LMDS thực sự phù hợp với người sử dụng hộ gia đình và các doanh nghiệp nhỏ. Các ứng dụng khác mới được nói đến là kết nối mạng xa và giám sát hình ảnh vô tuyến. Thêm nữa, vẫn có thể sử dụng dịch vụ điện thoại (bằng VoIP và SIP). Do dung lượng lớn và mức độ sử dụng rất thấp vào ban đêm, vì vậy LMDS có thể còn được sử dụng như là hệ thống truyền số liệu có trễ. Người sử dụng có thể yêu cầu Video hay thực hiện việc nâng cấp phần mềm thông qua mạng LMDS trong khoảng thời gian có ít người sử dụng với giá cước thấp. Các mô phỏng cho thấy rằng, bằng cách này giá thành giảm đáng kể và tạo ra tính cân bằng trong mạng hết sức hiệu quả.

LMDS hết sức phù hợp trong các trường hợp người vận hành yêu cầu thiết lập nhanh việc trao đổi số liệu ở vùng đông dân cư hay là khi không thể truy nhập vào cơ sở hạ tầng cáp đồng. Một khả năng nữa của mạng LMDS là triển khai dịch vụ ở các vùng mật độ dân cư thấp, nơi mà cơ sở hạ tầng cáp đồng hoặc cáp quang là quá đắt hay không thể triển khai được.

10. Kết luận

Như vậy, LMDS là hoàn toàn phù hợp với các yêu cầu của dịch vụ vô tuyến băng rộng. Các thử nghiệm thực tế cho thấy mạng được triển khai trên cơ sở LMDS không bị hạn chế chỉ ứng dụng ở các hệ thống truyền hình tương tác hay quảng bá, mà ta còn có thể thực hiện triển khai TCP/IP trên cơ sở LMDS. Điều này đã được thực hiện bằng cách xây dựng các bộ tăng cường giao thức TCP trên nền MPEG. Các mô phỏng và thử nghiệm đã chỉ ra rằng việc thực hiện IP trên LMDS có thể triển khai ngay trên các hệ thống vô tuyến tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nhà khai thác cũng không nên đánh giá thấp sự cần thiết sự điều chỉnh trong vấn đề thu vô tuyến, trong mạng, và các tham số TCP/IP sao cho việc sử dụng phổ là hiệu quả nhất với giá trị QoS có thể chấp nhận được.

LMDS có thể được sử dụng như là mạng đường trục băng rộng bằng cách thay thế Microcell chuyên dụng bởi một số công nghệ thông dụng hơn (như HiperLan/2, IEE802.11a). Trong thực nghiệm đã chỉ ra rằng LMDS làm việc không tốt với chức năng lặp vùng vô tuyến tĩnh hay riêng rẽ. Hệ thống sẽ làm việc tốt hơn với cấu trúc mạng xen phủ, ở đó các mạng tần số thấp sử dụng LMDS như là một mạng trung kế hay mạng lõi tốc độ cao.

Các kết quả đưa ra ở đây là thực hiện trên cấu trúc mạng LMDS hai lớp, TDMA/FDMA tốc độ cao, TCP vô tuyến cố định trên nền LMDS, đặc biệt là TCP dựa trên lớp liên kết giao thức MPEG-2, cơ chế sử dụng băng thông rộng động và có thể cấu hình lại được cho các mạng số liệu LMDS.

Tài liệu tham khảo

[1] T. Kwok, “Residential Broadband Internet Services and Application Requirements”, IEEE Commun. Mag., June 1997, p.76.
[2] P. Mahonen et al., “40GHz LMDS–System Architecture Development”, ICT 1998 vol. 1, 1998, p.422.
[3] ETS 300 748, 1996, “Digital Broadcasting Systems for Television, Sound and Data Services; Framing Structure, Channel Coding and Modulation for MultipointVideo Distribution Systems (MVDS) at 10GHz and Above”; ETS 300 744, “Digital Broadcasting Systems for Television, Sound and Data Services; Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Broadcasting”, May 1996.
[4] DAVIC 1.4 Spec., Pt. 8, “Lower Layer Protocols and Physical Interfaces”, 1998, Geneva, Switzerland.
[5] G.Xylomenos and G.C. Polyzos, “TCP and UDP Performance over a Wireless LAN”, IEEE INFOCOM ’99, 1999, p.439.
[6] H. Balakrishnan et al., “A Comparison of Mechanisms for Improving TCP Performance Over Wireless Links”, ACM SIGCOMM ’96, p.256.
[7] K. Brown and S.Singh, “M-UDP: UDP for Mobile Networks”, Comp. Commun. Rev., vol. 26, no.5, Oct. 1997, pp.19-43.
[8] R.Kalden, I.Meirick and M.Meyer, “Wireless Internet Access Based on GPRS”, IEEE Pers. Commun., Apr. 2000, pp. 8-18.
[9] R. Ludwig and B. Rathonyi, “Link Layer Enhancements for TCP/IP over GSM”, IEEE INFOCOM 1999.
[10] H. Balakrishnan, S. Seshan, R.H. Katz, “Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks”, ACM Wireless Networks, vol.1, no. 4, Dec. 1995.
[11] P. Mahonen et al., “Medium Access and Reconfigurability for Two-Layer LMDS”, Proc. WAS Wksp., San Francisco,CA, 2001.
[12] Petri Mahonen, Tmmi Saarinen, And Zach Shelby, “Wireless Internet over LMDS: Architeture and Experiment Implementation”, IEEE May. 2001. pp. 126-132.
 

Nguồn: Internet

Có thể bạn quan tâm

Để lại một trả lời

Địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố.